一種光學(xué)目鏡鏡頭及頭戴顯示設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)目鏡鏡頭，特別是涉及一種用于微顯示屏頭戴顯示設(shè)備的光 學(xué)目鏡鏡頭及頭戴顯示設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 頭戴顯示設(shè)備由于體積小、重量輕等特點廣受消費者歡迎。尤其是設(shè)備的大視場 角可以給使用者營造一個沉浸式的震撼的視覺效果，讓使用者如同身處于電影院放映廳中 觀看電影一般。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)的頭戴顯示設(shè)備的圖像源器件廣泛采用一整塊大尺寸的0LED(0rganic Light-EmittingDiode)及IXD(LiquidCrystalDisplay)屏幕，同時搭配采用的鏡頭 具有短工作距、短出瞳距、長焦距、低放大率等特性，但屏幕分辨率平均至單眼上則略顯不 足。而另一類顯示屏器件如DLP(DigitalLightProcession)數(shù)字光處理和LCOS(Liquid CrystalonSilicon)液晶附硅，雖能提供小尺寸、高分辨率的顯示屏，但因需另外提供照 明才能顯示，從而造成與其搭配的鏡頭必須具有較長的工作距及視場角較小的局限。
[0004] 對于頭戴顯示設(shè)備的大視場角目鏡來說，倍率色差、場曲、象散都是影響成像質(zhì)量 的像差，為了避免成像效果與質(zhì)量下降，在縮短光學(xué)目鏡鏡頭的長度時仍然要兼顧良好的 光學(xué)性能。
[0005] 中國專利公布號CN104635333A、CN104536129A、CN101887166A分別揭露了三種由 三片透鏡所組成的光學(xué)目鏡鏡頭，但仍存在鏡頭的出瞳距較短、工作距較短、放大率小等問 題，其中，中國專利公布號CN101887166A鏡頭出瞳距長度在11mm以內(nèi)，不利于佩戴眼鏡的 用戶使用。
[0006] 目前市場上的頭戴顯示設(shè)備，均通過調(diào)節(jié)目鏡與屏幕間距來達到滿足用戶不同屈 光度的使用需求，但卻無一款能夠在用戶長時間佩戴時，同時解決近視、遠視及散光問題， 這些問題均會影響到用戶的用眼健康。
[0007]因此在搭配高像素小尺寸顯示屏?xí)r，如何能夠有效縮短光學(xué)鏡頭之系統(tǒng)長度并保 持長工作距、長出瞳距，同時仍能夠維持足夠之光學(xué)性能，一直是業(yè)界亟待解決之課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種在縮短鏡頭系統(tǒng)長度的條件 下，仍能夠保有良好的光學(xué)性能的光學(xué)目鏡鏡頭。
[0009] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種光學(xué)目鏡鏡頭，從人眼觀測側(cè) 至圖像源側(cè)沿光軸依序包括光闌、第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，且該第一透鏡、第二透 鏡和第三透鏡均具有屈光率，并分別包括一朝向觀測側(cè)且使成像光線通過的像側(cè)面及一朝 向圖像源側(cè)且使成像光線通過的物側(cè)面；
[0010] 且該第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡滿足以下要求：
[0011] Ndl>l. 88,Nd2>l. 94,Nd3>l. 49 ；Vdl<40.9,Vd2<18. 0,Vd3<57. 4 ；
[0012] 其中，Ndl、Nd2、Nd3分別表示第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡在d線的折射率；Vdl、 Vd2、Vd3分別表示第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡在d線的色散系數(shù)；
[0013] 所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡滿足以下關(guān)系式：
[0014] 1) 0. 90<fl/f<l. 40 ；2) 1. 40< |f2/f| <2. 20 ；3) 1. 10<f3/f<2. 00；
[0015] 其中，該第一透鏡的焦距為Π，該第二透鏡的焦距為f2，，該第三透鏡的焦距為 f3,系統(tǒng)焦距為f。
[0016] 作為一種優(yōu)選，所述第一透鏡和第三透鏡為正透鏡；所述第二透鏡為負(fù)透鏡。
[0017] 作為一種優(yōu)選，所述第一透鏡為雙凸透鏡；所述第二透鏡為平凹透鏡、雙凹透鏡或 彎月形透鏡；所述第三透鏡為非球面透鏡。
[0018] 作為一種優(yōu)選，所述第三透鏡的物側(cè)面和像側(cè)面的非球面表達式為：
[0019]
[0020] 其中，Y為非球_曲線上的點與光軸I的跑離；Z為非球面的深度（非球面上距離 光軸I為Y的點，與相切于非球面光軸I上頂點的切面，兩者間的垂直距離）；R為透鏡表面 的曲率半徑；K為錐面系數(shù)（conicconstant) ;a2i為第2i階非球面系數(shù)。
[0021] 作為一種優(yōu)選，所述第三透鏡物側(cè)面至所述圖像源面在光軸上的距離為BFL，所 述第三透鏡在光軸上的厚度為T3,所述第二透鏡與所述第三透鏡在光軸上的空氣間隙為 G23,并滿足下列關(guān)系式：BFL/T3〈3. 00 ;T3/G23 蘭 71 ;BFL/G23 蘭 105。
[0022] 作為一種優(yōu)選，所述第一透鏡和所述第二透鏡通過光敏膠相互粘合；該第一透 鏡與該第二透鏡膠合成膠合鏡片的焦距為Π2,所述第一透鏡在光軸上的厚度為T1，所述 第二透鏡在光軸上的厚度為T2,所述第一透鏡和所述第二透鏡所膠合成的膠合鏡片在光 軸上的厚度為T12,并還滿足下列關(guān)系式：T1/T2蘭3. 5 ;T12 =T1+T2 ;T12/T3蘭0· 75 ; 1. 50〈fl2/f〈3. 20。
[0023] 作為一種優(yōu)選，所述第一透鏡和第二透鏡的材質(zhì)為玻璃，所述第三透鏡的材質(zhì)為 塑料。
[0024] 作為一種優(yōu)選，所述第一透鏡的像側(cè)面至所述圖像源面在光軸上的距離為TTL， 所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡在光軸上的厚度總和為ALT，并滿足下列關(guān)系式：BFL/ TTL蘭 0· 30 ;ALT/TTL蘭 0· 70 ;ALT/T12 蘭 1. 35。
[0025] 本發(fā)明光學(xué)目鏡鏡頭的有益效果在于：所述第一透鏡和第三透鏡為正透鏡；所述 第二透鏡為負(fù)透鏡；所述第一透鏡為雙凸透鏡；所述第二透鏡為平凹透鏡、雙凹透鏡或彎 月形透鏡；所述第三透鏡為非球面透鏡；借由該第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的光學(xué)參 數(shù)的選擇與相互搭配，有助于修正像差，提升該光學(xué)目鏡鏡頭的成像質(zhì)量。此外，該第一透 鏡與第二透鏡為玻璃材質(zhì)，其較大的折射率能更好地轉(zhuǎn)折光線；該第一透鏡和該第二透鏡 膠合成為一組膠合透鏡，能對色差進行較好的校正作用；該第三透鏡為塑料材質(zhì)，可降低制 造成本及減輕該光學(xué)目鏡鏡頭的重量。
[0026] 因此，本發(fā)明之另一目的，即在提供一種應(yīng)用前述光學(xué)目鏡鏡頭的頭戴顯示設(shè)備。
[0027] 于是，本發(fā)明的頭戴顯示設(shè)備，包括機殼和安裝在該機殼內(nèi)的顯示模塊。
[0028] 該顯示模塊包括如前述所述的光學(xué)目鏡鏡頭及設(shè)置于該光學(xué)目鏡鏡頭物側(cè)的圖 像源顯示屏。
[0029] 作為一種優(yōu)選，所述光學(xué)目鏡鏡頭的總長度小于45mm。所述光學(xué)目鏡鏡頭的總長 度為由所述光闌至物側(cè)的圖像源顯示屏的總長度，包括預(yù)留的至少20mm的出瞳距。
[0030] 作為一種優(yōu)選，所述目鏡鏡頭的用于人眼觀測的觀測點與所述第一透鏡的像側(cè)面 在光軸上的距離大于20mm。
[0031] 該圖像源顯示屏選用顯示分辨率為WXGA(1366*768)的0. 37英寸LC0S顯示屏，與 傳統(tǒng)的微顯示屏相比，該LC0S顯示屏的像元尺寸小得多，可以有效減小被光學(xué)目鏡鏡頭放 大后產(chǎn)生顆粒的現(xiàn)象，提高用戶體驗。
[0032] 本發(fā)明頭戴顯示設(shè)備的有益效果在于：借由在該設(shè)備中裝載具有前述的光學(xué)目鏡 鏡頭的顯示模塊，以利該目鏡鏡頭在縮短系統(tǒng)長度的條件下，仍能夠提供良好之光學(xué)性能 的優(yōu)勢，在不犧牲光學(xué)性能的情形下制出更為薄型輕巧的頭戴顯示設(shè)備，使本發(fā)明兼具良 好的實用性能且有助于輕薄短小化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以便滿足更高質(zhì)量的消費需求。
[0033] 以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明；但本發(fā)明的一種光學(xué)目鏡鏡 頭及頭戴顯示設(shè)備不局限于實施例。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明第一實施例的光學(xué)目鏡鏡頭的配置示意圖；
[0035] 圖2是本發(fā)明第一實施例的縱向球差與各項像差圖；
[0036] 圖3是本發(fā)明第一實施例的各透鏡的光學(xué)數(shù)據(jù)的表格圖；
[0037] 圖4是本發(fā)明第一實施例的各透鏡的非球面系數(shù)的表格圖；
[0038] 圖5是本發(fā)明第二實施例的光學(xué)目鏡鏡頭